PNP-Transistor

Ein Sensor soll nur dann Strom bekommen, wenn er gerade misst. Ein LED-Streifen soll seine Plusleitung geschaltet bekommen, weil die Masse fest mit dem Gehäuse verbunden ist. In beiden Fällen ist ein Schalter in der Plusleitung gefragt – und dafür ist der PNP-Transistor gebaut. Er ist das Spiegelbild des NPN-Transistors: gleiche Physik, alle Spannungen und Ströme umgekehrt.

Aufbau und Funktionsweise

Beim PNP liegt eine dünne n-dotierte Basis zwischen zwei p-dotierten Gebieten, Emitter und Kollektor. Den Strom tragen hier vor allem Löcher: Der stark p-dotierte Emitter schickt sie in die Basis, fast alle durchqueren sie und werden vom gesperrten Basis-Kollektor-Übergang zum Kollektor gezogen. Ein kleiner Teil rekombiniert in der Basis mit Elektronen – das ergibt den Basisstrom. Das Prinzip ist dasselbe wie beim Bipolartransistor allgemein, nur mit vertauschten Rollen von Elektronen und Löchern (siehe Dotierung).

Für dich als Anwender zählt vor allem die Polung:

• Der Emitter ist der positivste Anschluss; er hängt meist direkt an der Versorgung.
• Die Basis muss etwa 0,6 bis 0,7 V unter dem Emitter liegen, damit der Basis-Emitter-pn-Übergang leitet.
• Der Kollektor liegt noch tiefer; aus ihm fließt der Laststrom heraus.

Der technische Strom fließt also in den Emitter hinein und teilt sich: Der große Teil kommt am Kollektor heraus, der kleine an der Basis. Es gilt wie beim NPN I_E = I_B + I_C und I_C = B · I_B.

In vielen Datenblättern stehen die Kennwerte des PNP mit negativem Vorzeichen, etwa U_CE = −45 V oder I_C = −100 mA. Gemeint ist nur die umgekehrte Richtung; mit den Beträgen rechnest du genauso wie beim NPN. Weil Löcher sich in Silizium langsamer bewegen als Elektronen, ist ein PNP bei gleicher Chipgröße etwas träger und hat oft eine geringere Stromverstärkung als sein NPN-Gegenstück.

Schaltzeichen

Das Schaltzeichen unterscheidet sich vom NPN nur durch den Emitterpfeil: Er zeigt nach innen, zur Basis hin. Die Eselsbrücke „PNP – Pfeil nach Platte“ hilft beim Lesen. In Schaltplänen wird der PNP meist mit dem Emitter nach oben gezeichnet, weil der Emitter an der höchsten Spannung hängt; dann fließt der Strom wie gewohnt von oben nach unten. Mehr zu Symbolen findest du unter Schaltzeichen.

Den direkten Vergleich der beiden Sorten mit allen Polaritäten findest du unter Unterschied zwischen NPN und PNP.

Wichtige Typen und Kennwerte

Zu fast jedem verbreiteten NPN gibt es ein PNP-Gegenstück mit ähnlichen Daten, den Komplementärtyp:

Die Anschlussbelegung ist bei Komplementärpaaren meist gleich (BC557 wie BC547: C-B-E). Verlass dich trotzdem nicht darauf, sondern schau ins Datenblatt – siehe Kennzeichnung von Transistoren.

Typische Schaltungen

High-Side-Schalter

Der PNP sitzt zwischen Versorgung und Last, die Last hängt fest an Masse. Zum Einschalten ziehst du die Basis über einen Widerstand nach unten, zum Ausschalten hebst du sie auf Emitterpotential. Ein Widerstand von der Basis zum Emitter sorgt dafür, dass der Transistor sicher sperrt, wenn niemand die Basis herunterzieht.

Arbeitet die Steuerung mit derselben Spannung wie die Last – etwa ein 5-V-Mikrocontroller, der eine 5-V-Last schaltet –, reicht ein Basiswiderstand direkt am Pin. Bei höherer Lastspannung geht das nicht mehr: Ein 3,3-V-Pin kann die Basis eines PNP an 12 V nie bis auf 11,3 V anheben, der Transistor bliebe immer eingeschaltet. Dazu kommt, dass die Schutzdioden des Pins die 12 V nicht vertragen. Die Lösung ist ein kleiner NPN als Pegelwandler.

Die Verlustleistung im PNP bleibt klein: Mit einer Sättigungsspannung um 0,1 V sind es bei 100 mA nur rund 10 mW. Wie du sie bei größeren Strömen abschätzt, erklärt Wärme und Kühlung. Für Ströme von mehreren Ampere ist ein P-Kanal-MOSFET in derselben Schaltung meist die bessere Wahl.

Gegentaktstufe

Ein NPN und ein PNP, beide als Emitterfolger, mit gemeinsamen Basen und gemeinsamen Emittern: Das ist die Gegentaktstufe, die Grundlage fast aller Audio-Endstufen und vieler MOSFET-Treiber. Ist die Eingangsspannung positiv, leitet der NPN und schiebt Strom in die Last; ist sie negativ, leitet der PNP und zieht Strom aus der Last. Keiner der beiden muss den Strom der anderen Halbwelle tragen.

Einen Haken hat die einfache Form: Um null herum leitet keiner, solange die Eingangsspannung weniger als etwa ±0,7 V beträgt. Das erzeugt die sogenannten Übernahmeverzerrungen. In Verstärkern legt man deshalb mit zwei Dioden oder einer kleinen Vorspannung beide Basen leicht auseinander; mehr zu dem Effekt steht unter Verzerrungen.

Weitere Anwendungen

• Stromspiegel und Konstantstromquellen an der Plusschiene, etwa für LED-Ketten, siehe Konstantstromquelle.
• Verpolschutz und Lastabwurf in einfachen Akkuschaltungen.
• Komplementäre H-Brücken für kleine Motoren, wobei für mehr als einige hundert Milliampere ein fertiger Motortreiber-IC meist praktischer ist.

Auswahl und Praxistipps

Wähle den PNP zuerst nach Spannung und Strom wie einen NPN und prüfe dann die Ansteuerung: Woher kommt das Signal, und kann es die Basis wirklich bis auf Emitterpotential anheben? Ist die Antwort nein, brauchst du einen Pegelwandler.

Häufige Fehler:

• PNP direkt am Pin bei höherer Lastspannung: Er schaltet nie ab, und der Pin bekommt über die Basis die Lastspannung zu spüren.
• Kein Widerstand von Basis nach Emitter: Ohne ihn hängt die Basis im Aus-Zustand in der Luft; Leckströme oder Störungen schalten den Transistor halb ein.
• Emitter und Kollektor vertauscht: Der Strom muss in den Emitter hineinfließen. Verkehrt herum arbeitet der Transistor invers mit sehr kleiner Verstärkung und wird heiß.
• Vorzeichen im Datenblatt missverstanden: Ein U_CEO von −45 V heißt nicht, dass der Typ nur für negative Versorgungen taugt. Er schaltet genauso an +12 V, wenn der Emitter oben liegt.
• Zu knapp angesteuert: Wer mit dem typischen statt dem kleinsten h_FE rechnet, bekommt einen Transistor, der nicht ganz durchschaltet – mehr unter Übersteuerung und Sättigung.

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